光達與合成孔徑雷達資料於森林經營與監測之研究(1/2)

林務局建立中的空載合成孔徑雷達(SAR)為國內首部空載雷達系統，除原有防災任務外，亦可考慮應用於森林資源調查，提供樹冠下林分結構的資訊；與另一同具穿透能力的空載光達資料相比，雷達穿透力較強，但僅獲得回波在林間反/散射後的總合強度，光達能獲得林分分層密度，但較難穿透濃密林分，本計畫擬研究利用光達分層資料輔助探討雷達回波反/散射機制，以強化雷達應用的精度。計畫分兩年度進行，本(第一)年度先分別研究雷達及光達在森林調查中可應用項目，如林分垂直變化、林型分類，蓄積量估算、災後植生變異偵測等，第二年則發展雷達回波在林分中散射概念模型、林分分層密度及林型對回波影響、及在蓄積量估算的應用。 在全波型光達工作方面，本研究使用對大甲事業區9林班地進行掃描共26條全波形掃描資料進行分析，進行對稱高斯函數及非對稱函數法來進行波型擬合，包括以平滑回波訊號、去除最小反射值門檻雜訊、解算局部最大值及起始峰值後，以高斯函數擬合波形，分解成果以萃取各原較明顯波峰作為最後增加的點雲，所產生之總點雲數量比傳統離散型光達增加35.4％~41.5％，平均增加38.31 ％，增加林分結構之分層解析，如立木定位、樹高、鬱閉度、冠幅、枝下高等因子。 對比地面資及有效SAR資料後後，SAR測試以南投縣仁愛鄉為主要研究區，L波段採用ALOS 1/PALSAR(2009)，同時段C波段為RADASAT 2全偏極影像(H+VH+V)一幅(2009)，引用參考SPOR影像輔助幾何糾正，最終控制點殘差約在40公尺。 林分因子研究包括林型分析及蓄積量推估，使用覆蓋區相片樣點約16900點，地面樣點約200點，以不同波段與極化資料對林班地、林型分類，與蓄量推估進行測試。林型分類的監督式分類精度約為32％。蓄積量分析利用第四次資源調查地面樣點建立141個林分蓄積様點、背向散射係數及紋理資料，分析各資料間的相關性，其中ALOS資料推估蓄積量相關性不顯著(R2＆lt;0.1)，RADARSAT-2資料推估蓄積量的相關性較高(R2~0.39)，相關性不顯著的原因可能為包括：(1) 對位精度：幾何糾正殘差及影像變形影響對位精度，少量之對位誤差即會使山區像元因前向縮短或疊置現象而加大變形位移量。(2) SAR影像與林型樣區尺寸的空間解析度相差太大，無法保証SAR影像正確對準地面樣點。(3)林型內樹種多樣性高，各樣點雷達反射或散射模式不一致，同譜異物情形較嚴重。 林火災害及變異分析區已指定在2002年武陵林火區，本研究收集武陵火災事件前後(1998年至2007年間)RADARSAT-1八幅影像，進行災前災後指標相關性及變遷分析，不同時期的影像雖然有相同之掃描參數，但是仍可見有明顯之紋理與灰度差異，本研究利用原始SAR影像作紋理計算，前後期影像對位成為監測技術，使用火災區位AOI與SPOT以及正射SAR影像疊合區分，發展變遷分析對位方法。